實用串聯(lián)型負反饋型穩(wěn)壓電源的設(shè)計

胡佳佳 彭嵐峰

摘要：為了解決簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓受穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值得限制無法調(diào)節(jié)，電路的穩(wěn)壓效果也不夠理想的問題。本設(shè)計增加了負反饋過程，把調(diào)整管的負載用恒流源代替，同時為保證電源安全工作設(shè)計了過流保護部分。此設(shè)計可滿足電源現(xiàn)階段實用產(chǎn)品的一般需求。

關(guān)鍵詞：負反饋；過流保護；放大；恒流源

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）35-8591-02

Design of Series Negative Feedback Regulator Power Supply

HU jia-jia， PENG lan-feng

（College of Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330029， China）

Abstract： Because of restrictions by the regulator voltage value， simple series power supply can not adjust the output voltage， while voltage regulation circuit is also not stable enough. In order to solve these two problems， we increase the negative feedback block and employ a constant current source as the load of regulator. Meanwhile， an over current protection section is added to ensure the safety of the power supply. This power supply is proven to meet the general needs of the present stage.

Key words： negative feedback； over current protection； amplification； the constant current source

由于無反饋式簡易串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓受穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值的限制而無法自動調(diào)節(jié)，當(dāng)需要改變輸出電壓時必須更換成與之匹配的穩(wěn)壓管，這使得電路的靈活性較差，運用不方便；同時直接利用輸出電壓的微小變化控制調(diào)整管的工作，造成電路的穩(wěn)壓效果也不夠理想。為避免以上缺陷，本設(shè)計對簡易穩(wěn)壓電源進行了改進。主要內(nèi)容包括：增加一級放大電路，目的是放大輸出電壓的變化量，再以此信號控制調(diào)整管的工作，以達到迅速穩(wěn)壓的目的。由于此過程是一個負反饋的控制過程，固本設(shè)計的作品可取名為串聯(lián)負反饋穩(wěn)壓電源。

1 總設(shè)計方案

串聯(lián)負反饋穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)主要包括調(diào)整管、基準電壓、比較放大器、取樣電路，圖1給出了設(shè)計框圖，圖2給出了串聯(lián)負反饋穩(wěn)壓電源設(shè)計實例電路。

1.1 原理分析

由圖可知取樣電路與輸出電壓成并聯(lián)關(guān)系，因此輸出電壓成比例的通過取樣電路反映到T3管的基極。假設(shè)由于外界因素的影響造成輸出電壓UO升高時，T3管的基極電壓（UT3）B將成比例上升。讀圖可知T3管的發(fā)射極電壓（UT3）E受穩(wěn)壓管D7的影響維持不變，則T3管發(fā)射結(jié)電壓（UT3）BE將得到提升。由三極管輸入特性曲線圖可知，T3管發(fā)射結(jié)電壓上升可使基極電流（IT3）B增大。再由三極管輸出動態(tài)曲線圖可知，三極管工作于放大區(qū)時，基極電流增大可使管壓降UCE減小，導(dǎo)致T3管的發(fā)射極電壓（UT3）C減小。讀圖可知T2管的基極電壓（UT2）B將減小，導(dǎo)致其基極電流（IT2）B減小。即調(diào)整管T1的基極電流（IT1）B將減小，再由三極管輸出動態(tài)曲線圖可知，T1管管降（UT1）CE增大，這樣輸入電壓更多的加到T1管上，從而使輸出電壓UO就下降。整個調(diào)整過程可參看下圖：

[UO↑→UT3B↑→UD7恒定UT3BE↑→IT3B↑→]

[UT3CE↓→UT2B↓→IT2B↓→IT1B↓→UT1CE↑→UO↓]

當(dāng)外界因素的影響造成輸出電壓UO降低時，控制過程正好相反，該文不再贅述。

本設(shè)計由于增加了比較放大電路，將輸出電壓UO的微小變化放大后再去控制調(diào)整管，從而大幅度的提升了電路的穩(wěn)壓性能。穩(wěn)壓效果與T3管的β值有關(guān)，β值越大，穩(wěn)定性越好。

2 各部分電路設(shè)計

2.1 調(diào)整部分

調(diào)整部分主要由調(diào)整管T1和三極管T2組成。設(shè)計時主要考慮調(diào)整管T1和T2的集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓UCEO，集電極最大電流（IT1）CM，集電極最大耗散功率（PT1）CM。

當(dāng)市電電壓上升10%，同時無負載的情況下出現(xiàn)最不利狀態(tài)。整流濾波后的輸出電壓基本全部加載到T1管上，此時T1管的管降（UT1）CEO等于整流濾波后的輸出電壓。當(dāng)負載電流最大時，此電流需小于T1管的最大允許集電極電流（IT1）CM，考慮到放大取樣電路需要消耗少量電流，同時留有一定余量。

2.2 基準電壓部分

基準電源由穩(wěn)壓管D7和限流電阻R3組成。由圖可知穩(wěn)壓管D7的穩(wěn)壓值應(yīng)小于輸出電壓UO的最小值，但取值也不能過小。讀圖可知，穩(wěn)壓管的工作電流ID7的值為：

[ID7=IR3+IT3CE]

為保證設(shè)計作品的穩(wěn)定度，取IR3>>（IT3）CE，則ID7≈IR3。

2.3 取樣部分

取樣電路由限流電阻R1、R2和RW1組成。由于輸出電壓的變化通過取樣電路接入T3管的基極，為避免T3管基極的分流作用對取樣電路的影響，設(shè)計時使（IT3）B<

2.4 放大部分

放大電路由限流電阻R4和三極管T3組成。由于流入這部分電路的電流比較小，設(shè)計時只考慮T3管的放大倍數(shù)β和管降電壓（UT1）CEO。此設(shè)計中，需T3管工作于放大區(qū)，可通過控制T3的集電極電流（IT3）c來實現(xiàn)，讀圖可知（IT3）c受R4的控制。三者的電流有關(guān)系可表述為：

[IR4=IT3C+IT2B]

2.5 其它元件部分參數(shù)計算

為防止自激振蕩影響電路的穩(wěn)定性，T2管基極與地之間加入一并聯(lián)電容C2。輸出端的并聯(lián)電容C9對瞬時大電流有較好的抑制作用，可提高輸出電壓Uo的穩(wěn)定度，取值大小需根據(jù)設(shè)計指標(biāo)（最大輸出電壓與最大電流）來確定。由T5、R5、R7、R8組成了過流保護電路，可根據(jù)電路最大設(shè)計電流自由匹配電阻，但要注意功率問題。

3 結(jié)束語

本設(shè)計改善了簡單穩(wěn)壓電源的幾個致命缺點，輸出電壓可調(diào)、穩(wěn)定性高。根據(jù)實際需求，還增加了其它電路以提高工作性能，如使用恒流源負載、保護電路等。圖中D5、D6、T4與R4、R10組成了T1的恒流源負載。T3、R5、R8組成了保護電路。

參考文獻：

[1] 邱關(guān)源.電路[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 謝自美.電工線路設(shè)計 實驗 測試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社社，2006.

[3] 王港元.電工電子學(xué)實踐指導(dǎo)[M].江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社社，2009.

[4] Xie Xue-fei.A Novel High Frequency Current-Driven Synchronous Rectifier For Low Voltage High Current Applications[J]. APEC，2001：469-475.